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[科教] 世界上最聪明的理论物理学家竟然是个学历史的文科生?

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米群网大牛

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发表于 11-24-2016 11:14 AM | 显示全部楼层 |阅读模式

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生活要想保持平衡

就必须不断前行

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说到物理学家,你的第一反应是什么

是那个在苹果树下思考的牛顿,还是那个吐着舌头搞怪的爱因斯坦?

抑或是那个坐在轮椅上却用思想遨游宇宙的霍金?

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阿尔伯特?爱因斯坦

诚然,牛顿和爱因斯坦是两个伟大的物理学家


霍金也确实是出镜率极高、圈粉无数的厉害人物

不过,在这个人面前,霍金也要乖乖排到后边

他不像霍金和纳什(点击回顾纳什的故事),有高出镜率,有好莱坞的电影撑腰

在非业内的圈子里,可能有人根本就没有听过他的名字

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史蒂芬?霍金

可这个人,拿过数不清的奖项

麦克阿瑟基金

菲尔兹奖

Nemmers数学奖

毕达哥拉斯奖

庞加莱奖

克拉福德奖

洛伦兹奖章

艾萨克?牛顿奖章

美国国家科学奖章

他是弦理论、量子场论和拓扑与几何的顶尖专家

用物理学尖锐的直觉刺破了数学界以“严密逻辑”构成的坚硬外壳

是第一个也是唯一一个拿到菲尔兹奖(数学界的诺贝尔奖)的物理学家


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菲尔兹奖奖章

他撰写了两百多篇论文,是H指数最高的物理学家

H指数(Hindex)是一个混合量化指标,可用于评估研究人员的学术产出数量与学术产出水平。一名科学家的h指数是指其发表的N 篇论文中有h篇每篇至少被引h次、而其余N -h篇论文每篇被引均小于或等于h次

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然而,这个最有希望完成大统一理论的物理学家,却是个半路出家的文科生

他从小就喜欢文学,喜欢历史,是个正牌的历史系毕业生

统一理论(Grand Unification Theory,缩写GUT)是关于强相互作用和电弱相互作用统一的理论,希望能借由单个理论来解释强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用导致的物理现象

爱德华?威滕(Edward Witten),有史以来最伟大的理论物理学家之一

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爱德华?威滕(Edward Witten)

威滕出生在美国马里兰州的巴尔的摩


他的父亲是个研究广义相对论的理论物理学家

可幼年的威滕对物理并没有什么特殊的兴趣

出生于理科学霸家庭的他却更偏爱历史与文学

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巴尔的摩

或许在威滕的心里,更是偏爱历史的厚重和文字的底蕴

开明的父母也没有逼着威滕学习物理

他每天听着自己的父亲和好友们讨论着物理的知识

悠然自得地捧着书汲取着历史的养料

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大学的时候,他顺利的考上了约翰?霍普金斯大学,随后转到了布兰代斯大学

20岁那年,威滕拿到了自己的历史学学士学位,辅修语言学

毕业后,威滕一心想成为政治家或者新闻记者

恰逢1972年的美国大选,威滕加入了民主党候选人乔治?麦戈文的竞选团队

在总统竞选团队里工作的威滕,近距离地接触了政治和新闻

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1972年民主党候选人----乔治?麦戈文

可出乎他意料的是,政界和新闻界完全不是他想象中的样子

平静的表面下,隐藏着可怕的漩涡与暗潮

每个人都小心翼翼地提防着别人,也挖空心思对付着对手


威滕开始担心,如果自己进入了政界或者新闻界,会不会就此迷失了自己的本心

几经犹豫,威滕退出了总统竞选团队

他决定,要远远地离开他曾经喜爱的政界与新闻界

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威滕回到了学校,进入了普林斯顿大学学习应用数学

一年以后转入了物理系,主修粒子物理学

“我觉得自己还是对物理研究感兴趣”

从此,他弃文从理,走上了和父亲一样的道路

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威滕跟随着戴维?格罗斯教授(2004年诺贝尔奖获得者)学习

虽然在此之前他一直学的都是文科的知识,但或许是遗传的天赋,他并没有费多大劲儿就拿到了博士学位

29岁那年,刚开始系统学习物理7年的威滕在量子场论方面表现出了超人的想象力和理解力,年纪轻轻就成为了普林斯顿大学的教授

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之后,他把精力集中于弦理论方面的研究

量子场论是量子力学和经典场论相结合的物理理论,已被广泛的应用于粒子物理学和凝聚态物理学中。

弦理论是理论物理的一个分支学科

在这个理论里的物理模型认为组成物质的最基本单位是一小段一维的“能量线”

大至银河宇宙,小至原子夸克,都是由这样的“弦线”构成的


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而在此之前,最广为人知,广为接受的物理模型是粒子学说

在粒子学说的世界里,认为所有物质都是由只占零维空间的“点”组成的

粒子学说统治了物理学的大半江山,可遇到了引力,它就怂了

粒子学说认为各种力的产生都是在进行粒子的交换,比如强作用力,就是在交换胶子

物理学家们推测,引力会不会也是交换某种粒子的结果呢

人们甚至给这种粒子起好了名字,就叫“引力子”

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可人们很快发现,所谓的“引力子”和光子完全不一样

如果非要将引力当做粒子来计算,那计算的结果一定是无穷大,也就是无意义

但是无处不在的引力怎么可能会没有意义呢?

这让物理学的前途蒙上了一层厚厚的阴霾

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一直到了1968年,一个偶然的发现,解开了物理世界的这个谜团

物理学家们偶然在一本数学书上发现了一个叫做“欧拉β函数”的东西

这个函数在描述粒子的时候,竟然能让粒子等效于一根一维的“弦”


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这个发现一下子颠覆了人们的世界观,“第一次超弦革命”爆发了

在弦理论中,圆球形状的粒子被一根弦所替代,一根像小提琴的弦一般振动着的“弦”

而当这根弦以不同的方式振动的时候,就分别对应于自然界中的不同粒子

弦存在于一个10维的空间,但却有6个维度紧紧蜷缩,让人无法感知

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超弦理论的出现,又一次引发了理论物理学界的研究热潮

疯狂的探索后,人们留下了5种弦理论

它们都能自圆其说,却各自为政,互相独立

这些理论到底哪一个才是正确的呢,物理学家们一头雾水

很快,大部分人就重新回到了自己的工作岗位,超弦理论又被扔到了一边

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而威滕,并不是那大部分人中的一个

弦理论出现的时候,他还徜徉在文史的海洋中

当他开始学习物理的时候,却正是超弦理论发展的黄金时期

他一下子就被超弦理论里的世界吸引了

就像是爱因斯坦当初研究相对论,威滕一股脑儿地投入了超弦理论的研究

他无疑可以归于伟大的科学家那一类,天生就有着直抵事物本质的能力

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1995年,南加州大学召开了超弦会议


就在这个会议上,威滕的发言唤醒了沉睡十多年的超弦理论

“历史告诉我们,消除理论之间的不协调是取得真正重大进展的一个好方法”

他利用对偶性统一了5种弦理论,证明了这5个留下来的弦理论本质上都是相同的

在威滕的理论里,原本10维的弦多了一个维度,成为了11维

简单来说,就像是一张纸只有2维,可当许多纸叠放在一起后,就出现了一个新的维度

威滕的理论也是如此,当许多弦叠放在一起的时候,就出现了第11维

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威滕的报告,一下子驱散了超弦理论的阴霾

被冷落了十多年的超弦理论又重新被碰上了神坛,成为了目前解释自然界最佳的工具

当所有人都围着超弦理论的山脚打转的时候,威滕爬上了山顶

他站在新的高度,看到了前人看不到的那些东西

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威滕说,尽管代表基本粒子的超弦小得让人无法想象

但是加入你有一把得心应手的镊子,原则上是可以夹住超弦并且将它拽得越来越长的

在大多数弦理论里,弦是不会被扯断的,并且可以拽得无限长

这样一来,就出现了一根宏观的超弦,类似于当今物理学家所讨论的宇宙弦

它可以横越天空,或许在天文望远镜的帮助下,我们可以看到它们

宇宙弦线就是指物质在宇宙中分布排列所出现的物质弧线,是宇宙的遗迹,在宇宙大爆炸之初的极短瞬间形成,过程类似于“结晶”。在大爆炸的那一瞬间,宇宙空间本身变成由弦状物质组成的间断立体面。

宇宙弦的产生可以认为是宇宙大爆炸后宇宙空间的冷却。一些宇宙学家们认为空间也有自己的纹理,由弦或其他纹理构成,当宇宙中的物质冷却下来,就形成了星系。

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除此之外,威滕还推测出一个理论

他认为还存在一个统一的理论尚未被发现


他给这种理论命名为M理论,而这个理论可能是宇宙物理理论最根本的基础

英国物理学家霍金在他的著作《大设计》中,认为M理论可能是宇宙的终极理论

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威滕是一位物理学家,与此同时,他也有着非凡的数学能力

他从物理的角度,解决了一些在数学上看来是不可思议的问题

比如高维空间里的曲线打结问题

比如他利用琼斯多项式来解释陈-西蒙斯理论,对低维拓扑结构有深远影响,并推导出了量子不变量

威滕的研究将物理与数学紧紧地结合在了一起,受到了同行的赞誉

我国著名的理论物理学家李淼则在《超弦史话》一书中称其为“弦论界的教皇”

英国著名的数学家、菲尔兹奖获得者迈克尔·阿蒂亚说,“虽然他肯定是物理学家,不过他对数学的掌握很少数学家能比得上……他一次又一次超越了数学界,以巧妙的物理直觉导出新颖深刻的数学定理……他对现代数学影响巨大……凭着他物理再次成为数学的丰富灵感和直觉源头。”

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而他本人,也收获了各种各样的奖项

1985年,获物理学最高奖——阿尔伯特·爱因斯坦奖

1985年,获国际理论物理中心颁发的狄拉克奖,这是理论和数学物理领域的最高荣誉

1990年,获数学研究的最高奖——菲尔兹奖,成为了第一位也是唯一一位获得这个奖项的物理学家

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爱因斯坦奖奖章


2004年,他被选入《时代杂志》影响力最大的100位人士中

2010年,获伊萨克·牛顿奖章,颁奖典礼上,英国物理学会现任主席说,“威顿教授的独创性、物理直觉和数学才能革新了物理学科,他是一名极具创造力且多产的理论物理学家,他在量子场论、广义相对论、超弦理论等领域的工作对其他物理学家产生了巨大的影响。”

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迄今为止,威滕已经发表了200多篇文章,先后被同行引用5万多次,在物理学界名列第一

相比之下,霍金论文的被引用次数为1万多次,排名第24

威滕更是如今的物理学界H指数最高的人,他的高产与创造力无与伦比

威滕在物理学与数学上的造诣对科学界产生了巨大的影响

有人评价他,说他是“当代的牛顿”

听到这样的说法,威滕只是谦虚地笑笑,说,“我绝对不是当代牛顿,这种评价实在太高了,我只是一位普通的科学家”

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在威滕的眼里,“弦理论是21世纪的物理,只是偶然落在了20世纪”

而“目前我们仍然没有真正理解弦理论,但已经得到了一些有趣的发现”

威滕觉得,M理论最深层的奥秘尚待揭示,它的真面貌还是个悬而未决的问题

为了充分了解M理论,需要发明新的数学工具

而他自己也将会继续在弦理论的世界里遨游

或许,能看到M理论统一物理江湖的一天

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“我相信21世纪是生物学的黄金时代,但我同样相信,21世纪也是物理学的黄金时代”

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发表于 11-24-2016 02:18 PM | 显示全部楼层
感谢屌丝分享~~~
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发表于 11-24-2016 02:18 PM | 显示全部楼层
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